CN106908383A - 一种紫外光老化沥青及沥青胶浆拉拔试验方法 - Google Patents

一种紫外光老化沥青及沥青胶浆拉拔试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种紫外光老化沥青及沥青胶浆拉拔试验方法，具体包括以下步骤：(1)将沥青及沥青胶浆试样进行热老化；(2)将沥青及沥青胶浆试样进行紫外光老化；(3)采用拉拔仪进行拉拔试验测试：选用方岩块作为集料，将沥青及沥青胶浆试样浇筑在方岩块表面，再放置拔头，等拔头与沥青及沥青胶浆静置粘附后进行拉拔测试。与现有技术相比，本发明在拉拔试验测试前先进行热老化和紫外光老化，热老化模拟沥青及沥青胶浆在拌和、运输、摊铺过程中热老化过程，紫外光老化模拟沥青路面实际光照后的变化，更加贴近实际情况，每一步均为定量操作，可进行精确计算分析，保证测试的精确。

Description

一种紫外光老化沥青及沥青胶浆拉拔试验方法
技术领域
本发明属于公路及城市道路领域，具体涉及一种紫外光老化沥青及沥青胶浆拉拔试验方法。
背景技术
沥青与集料之间形成的界面相的强度大小是影响沥青混合料质量稳定的关键因素。沥青与集料间的界面强度降低将导致沥青从集料表面剥落而出现破坏，其破坏模式主要有：黏聚破坏，即Cohesion破坏，其断裂破坏面产生在沥青内部，由于沥青用量过多而由外力作用引起；黏附破坏，即Adhesion破坏，其断裂破坏面产生在沥青与集料界面处，导致沥青与集料黏附性能降低甚至丧失。在有水的条件下，由于水比沥青更容易浸润集料表面，因此会降低沥青与集料之间的黏附性，加速沥青混合料的水损害破坏。
目前，在国内现有规范中，沥青与集料的黏附性试验主要有水煮法、水浸法等，但其存在诸多缺陷：仅为定性分析而非定量分析；试验技巧不易掌握，对于微沸状态的理解与判断因人而异；目测剥落面积百分率仅为主观目测，很难准确估计。相比之下，采用拉拔试验进行沥青与集料间界面黏附性的定量测定及评价，具有现实意义。Youtcheff等在拉拔试验中发现，沥青膜厚度极大地影响试验结果，为控制沥青膜厚度，曾将Φ200um玻璃珠以1％的掺量与热沥青混合成型，但这影响了沥青体系的统一性，与实际情况不符。Kanitpong等将铝制拔头放置在两条有高度差的金属支撑块(或框架)上，来代替玻璃珠法，但沥青的高温流动性使得沥青膜厚控制不佳。目前沥青与集料之间的界面相强度测定缺乏一种行之有效的方法，尤其是现有测试方法不能真实反映沥青与集料之间的粘附性，测试手段复杂，不便于操作。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种测试准确、操作简便、可定量分析的紫外光老化沥青及沥青胶浆拉拔试验方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种紫外光老化沥青及沥青胶浆拉拔试验方法，具体包括以下步骤：
(1)将沥青及沥青胶浆试样进行热老化；
(2)将沥青及沥青胶浆试样进行紫外光老化；
(3)采用拉拔仪进行拉拔试验测试：选用方岩块作为集料，将沥青及沥青胶浆试样浇筑在方岩块表面，再放置拔头，等拔头与沥青及沥青胶浆静置粘附后进行拉拔测试。
步骤(1)所述的热老化是将沥青及沥青胶浆试样放入烘箱中，控制烘箱温度为150-170℃，时间为4-6h，以模拟沥青及沥青胶浆在混合、运输、摊铺中的短期热老化，须符合《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中规定。
步骤(2)所述的紫外光老化是将沥青及沥青胶浆铺展为均一厚度的薄层后进行紫外光辐照，薄层厚度为0.5-1mm，既可达到试样厚度尽量小，以较好模拟紫外光老化仅对沥青路面最表层产生作用，又可便于试验操作。辐照时，试样的温度不超过80℃以免发生热老化，进一步地，采用125w反射型高压汞灯作为紫外光源进行紫外光辐照，紫外光的强度为50-400W/m2以加速紫外光老化进程，紫外光辐照时间为100-600h，以模拟沥青材料在实际路面中经受的长期光老化。
步骤(3)所述的方岩块采用花岗岩或玄武岩以模拟沥青混合料中代表性的酸性或碱性集料，方岩块的尺寸为100mm×100mm×10mm，既可满足置于其上的试样数量需求，也便于试验操作，方岩块表面打磨光滑。
步骤(3)所述的拉拔仪采用市售的PosiTest AT-T，设定拉拔的速率为0.5-1.0MPa/s，所述的拔头呈圆形印章形状，拔头底部圆形的直径为10-20mm，拔头底部的端面设有圆形凹槽，凹槽深度为0.1-0.3mm，以满足紫外光老化沥青及沥青胶浆试样量少的要求。
步骤(3)所述的方岩块表面放置阻止沥青及沥青胶浆试样随意流动的硅胶圆环，所述的硅胶圆环套在拔头底部，硅胶圆环的内径须比相应的拔头底部直径大2mm，可为11-22mm，外径为22-44mm，厚度为1-2mm，便于试验操作。
步骤(3)所述的方岩块和拔头在使用前放入烘箱，烘箱温度为120-180℃，烘烤时间为0.5-1h，其中的加热温度及时间需根据沥青及沥青胶浆类型确定，如基质沥青可取较低值，改性沥青可取较高值。
步骤(3)所述的加热后的拔头与沥青及沥青胶浆粘附时，根据拔头底部直径、凹槽尺寸及试样密度计算所需沥青及沥青胶浆的质量，并取50％-100％的保证率进行质量控制取样。试样需迅速放置于达到加热要求的方岩块上，并迅速在其上加放热拔头，并对拔头稍加转动及按压，以使试样布满整个拔头底面，保证试样厚度。拔头的上方放置与底部相同的方岩块，室温静置0.5-1.5h以冷却成型，然后将成型好的试件浸入30-50℃的恒温水浴中20-26h，以形成相同的养生条件，保障测试稳定性；试件取出后立即进行拉拔试验。
步骤(3)所述的每组试样需进行至少3个平行拉拔试验，根据拔头的大小，每个方岩块上宜放置1-2组试样。
本发明考虑到沥青及沥青胶浆在拌和、运输、摊铺过程中的老化，在进行紫外光老化前，进行了短期热老化进行模拟；考虑到实际情况紫外光仅对沥青路面最表层产生作用，紫外光老化时，试样的厚度尽可能小，并考虑试验操作可行性，试样厚度宜控制为0.5-1mm，通过质量计算进行试样厚度控制，保证沥青及沥青胶浆薄层厚度均一、光滑。
本发明方法的优点为：在拉拔试验测试前先进行热老化和紫外光老化，热老化模拟沥青及沥青胶浆在拌和、运输、摊铺过程中热老化过程，紫外光老化模拟沥青路面实际光照后的变化，更加贴近实际情况。本发明不仅以沥青为试验对象，同时提出对沥青胶浆进行紫外光老化及拉拔试验，可分析沥青及沥青胶浆在紫外光老化后的粘附性能，进一步揭示沥青路面光老化及损坏机理。本发明在拉拔试验过程中，对试样需求量少，可满足紫外光老化试验中沥青及沥青胶浆膜薄量少的要求；每一步均为定量操作，可进行精确计算分析，保证测试的精确。
附图说明
图1为本发明拉拔测试的结构示意图；
图中：1-拔头；2-试样；3-硅胶片；4-方岩块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种紫外光老化沥青及沥青胶浆拉拔试验方法，选择壳牌70#基质沥青、橡胶沥青为研究对象，具体包括以下步骤：
(1)将沥青及沥青胶浆试样进行热老化
将沥青及沥青胶浆试样放入烘箱中，控制烘箱温度为163℃，时间为5h；
(2)将沥青及沥青胶浆试样进行紫外光老化
将沥青及沥青胶浆试样放入圆形盛样皿(r60mm)，试样厚度为1mm，圆形的盛样皿以圆心为中心分为高强度(r＝0～20mm)、中强度(r＝20～40mm)、低强度(r＝40～60mm)区域，最高紫外光照强度为400W/m2，沥青及沥青胶浆质量分别为1.31g、3.66g、6.14g。以125w反射型高压汞灯作为紫外光源，并安装降温设施，保证试样表面温度不超过80℃，紫外光照时间为100h、200h、300h、400h、500h、600h。
(3)采用拉拔仪进行拉拔试验测试
选择花岗岩及玄武岩作为方岩块，尺寸为100mm×100mm×10mm，正面打磨光滑无瑕疵，拉拔仪为PosiTest AT-T，拔头底面直径为20mm，并刻有环形凹槽，凹槽深度为0.2mm，设定拉拔速率为0.7MPa/s，备用硅胶圆环内径为21mm，外径为41mm，厚度为2mm。用流动清水冲洗岩块、拔头、硅胶圆环，晾干后用酒精擦洗方岩块表面，用酒精浸泡拔头及硅胶圆环后待用，然后，将方岩块、拔头放入烘箱，在设定温度下保温1h，其中对于70#基质沥青，方岩块及拔头温度设定为150℃；对于橡胶沥青，温度设定为170℃。
将完成紫外光照老化后的70#基质沥青、橡胶沥青，在各强度老化区域内进行全厚度取样及标记备样，为保证足够的沥青充满拔头与岩块以精确控制沥青膜厚度，基质沥青及橡胶沥青的拉拔试验试样质量为0.15g。在强度分区老化盘中，在高强区、中强区、低强区分别全厚度取样；并在每个区域取3个平行试样进行试验。
取加热后的岩块，磨光面朝上，每个岩块上分散放置4个硅胶圆环，并以手指紧压硅胶圆环，以使硅胶圆环不可移动，紧贴于岩块表面。然后，迅速放置待测沥青于每个硅胶圆环内，待试样呈流动状后，立即放上加热的拔头，并转动拔头，使试样布满整个拔头底面，每个岩块上的拉拔点位均完成以上操作后，进行标记，完成浇样，接下来，在拔头上方放置一片与底座大小相同的岩块，在室温环境下静置1h，以挤出多余沥青，保证拉拔试验中的试样厚度0.2mm，参照图1。
拉拔试样达到静置要求后，取下覆盖于拔头上方的岩块及硅胶圆环，将成型好的拉拔试件浸入40℃的恒温水浴中，浸水保温24h，将达到浸水时间的试件取出，快速进行拉拔试验，测出沥青试样的拉拔强度。
表1、表2分别给出了70#基质沥青、橡胶沥青与花岗岩在不同光照强度下的拉拔试验结果，表3、表4分别给出了70#基质沥青、橡胶沥青与玄武岩之间在不同光照强度下的拉拔试验结果。
表1 基质沥青-花岗岩拉拔试验结果
表2 橡胶沥青-花岗岩拉拔试验结果
表3 基质沥青-玄武岩拉拔试验结果
表4 橡胶沥青-玄武岩拉拔试验结果
由表1、表2可知，基质沥青与花岗岩间的拉拔强度为1.6-2.2MPa；紫外光照强度越大，两者间的拉拔强度越大；随着紫外光老化照射时间的延长，两者间的拉拔强度减小。橡胶沥青与花岗岩之间的表面拉拔强度受紫外光照强度影响大，在同一光照时间下，当光照强度增大时，拉拔强度增大；随着光老化时间的延长，两者间的拉拔强度大致减小。
橡胶沥青与花岗岩的拉拔强度比基质沥青与花岗岩的拉拔强度约低0.5MPa。橡胶沥青与花岗岩的拉拔性能随老化时间的变化规律不明显，但随光照强度变化呈现较为显著的变化规律：橡胶沥青与花岗岩拉拔强度随光照强度以指数或线性模式显著增大。
由表3、表4试验结果可知，基质沥青与玄武岩间的拉拔强度为2.0-3.7MPa；橡胶沥青与玄武岩间的拉拔强度为1.7-2.5MPa。随着紫外辐照强度增大，基质沥青、橡胶沥青与玄武岩间的拉拔强度均增大。
由以上沥青与花岗岩、玄武岩之间的拉拔强度结果可知，沥青与集料岩块间的拉拔强度受紫外光照强度影响大，随光照强度以显著的函数关系发展；基质沥青与岩块间的拉拔强度高于橡胶沥青。基质沥青与玄武岩间的拉拔强度高于其与花岗岩间的拉拔强度。橡胶沥青与玄武岩间的拉拔强度高于其与花岗岩间的拉拔强度，约为后者的1.5倍。
本发明方法可区分不同沥青类型与不同集料类型间的拉拔强度，并可区分不同紫外光照强度、光照时间对沥青与集料的拉拔强度。通过本方法的实施，可模拟实际沥青路面在紫外线光老化后沥青与集料岩块间的粘附性能，对开展沥青及沥青胶浆的紫外光老化研究，了解沥青路面界面相的强度大小具有现实意义。

Claims (10)

1.一种紫外光老化沥青及沥青胶浆拉拔试验方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)将沥青及沥青胶浆试样进行热老化；
(2)将沥青及沥青胶浆试样进行紫外光老化；
(3)采用拉拔仪进行拉拔试验测试：选用方岩块作为集料，将沥青及沥青胶浆试样浇筑在方岩块表面，再放置拔头，等拔头与沥青及沥青胶浆静置粘附后进行拉拔测试。
2.根据权利要求1所述的一种紫外光老化沥青及沥青胶浆拉拔试验方法，其特征在于，步骤(1)所述的热老化是将沥青及沥青胶浆试样放入烘箱中，控制烘箱温度为150-170℃，时间为4-6h。
3.根据权利要求1所述的一种紫外光老化沥青及沥青胶浆拉拔试验方法，其特征在于，步骤(2)所述的紫外光老化是将沥青及沥青胶浆铺展为均一厚度的薄层后进行紫外光辐照，薄层厚度为0.5-1mm，辐照时，试样的温度不超过80℃。
4.根据权利要求3所述的一种紫外光老化沥青及沥青胶浆拉拔试验方法，其特征在于，步骤(2)采用125w反射型高压汞灯作为紫外光源进行紫外光辐照，紫外光的强度为50-400W/m2，紫外光辐照时间为100-600h。
5.根据权利要求1所述的一种紫外光老化沥青及沥青胶浆拉拔试验方法，其特征在于，步骤(3)所述的方岩块采用花岗岩或玄武岩，方岩块的尺寸为100mm×100mm×10mm，方岩块表面打磨光滑。
6.根据权利要求1所述的一种紫外光老化沥青及沥青胶浆拉拔试验方法，其特征在于，步骤(3)所述的拉拔仪采用市售的PosiTest AT-T，设定拉拔的速率为0.5-1.0MPa/s。
7.根据权利要求6所述的一种紫外光老化沥青及沥青胶浆拉拔试验方法，其特征在于，步骤(3)所述的拔头呈圆形印章形状，拔头底部圆形的直径为10-20mm，拔头底部的端面设有圆形凹槽，凹槽深度为0.1-0.3mm。
8.根据权利要求1所述的一种紫外光老化沥青及沥青胶浆拉拔试验方法，其特征在于，步骤(3)所述的方岩块表面放置阻止沥青及沥青胶浆试样随意流动的硅胶圆环，所述的硅胶圆环套在拔头底部，硅胶圆环的内径为11-22mm，外径为22-44mm，厚度为1-2mm。
9.根据权利要求1所述的一种紫外光老化沥青及沥青胶浆拉拔试验方法，其特征在于，步骤(3)所述的方岩块和拔头在使用前放入烘箱，烘箱温度为120-180℃，烘烤时间为0.5-1h。
10.根据权利要求1所述的一种紫外光老化沥青及沥青胶浆拉拔试验方法，其特征在于，步骤(3)所述的拔头与沥青及沥青胶浆粘附时，拔头的上方放置与底部相同的方岩块，室温静置0.5-1.5h，然后将成型好的试件浸入30-50℃的恒温水浴中20-26h，取出后立即进行拉拔试验。
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